나노 소용돌이로 병원체·핵산 포획, 질병 조기 진단한다

복잡한 과정 없이도 질병을 조기 진단할 수 있는 일회용 전처리 칩(BSNFs-chip)이 개발됐다.

한국연구재단은 한양대 이준석·곽노균, 연세대 신용 교수 공동연구팀이 나노 소용돌이(nano-vortex)로 병원체와 핵산 농축 및 추출 효율을 높여 조기에 질병을 진단할 수 있는 일회용 칩을 개발했다고 6일 밝혔다.

현재 사용되는 핵산 추출 기법은 복잡한 처리 과정 때문에 많은 시간이 소요되고 오염 및 시료 손실 위험이 있다.

또 무증상 또는 전 증상 기간에 추출되는 낮은 병원체 및 핵산 농도는 질병 검출과 조기 진단을 어렵게 한다.

연구팀은 이 상용 핵산 추출 방법(표면 결합 메커니즘) 한계를 해결하기 위해 기존 미끄러운 미세 유체 칩에 3차원 미세기공을 갖춘 나노구조 필름을 부착, 비표면적을 향상한 새로운 시료 전처리 칩을 개발했다.

새로운 나노구조 필름은 기공 내 나노 소용돌이(나노 스케일에서 발생하는 유체의 소용돌이 또는 와류 현상)를 생성해 유체의 역학적 흐름을 촉진하고, 입자와 표면 간 충돌을 증가시켜 병원체와 핵산의 포획 효율을 크게 높였다.

이를 적용한 칩으로 한 유전자 증폭 검사(PCR) 분석 결과, 기존 핵산 추출법보다 100배 더 높은 감도를 보였다.

이와 함께 ‘LRET(수 nm 거리 내에 있는 두 나노 소재 간에 일어나는 에너지 전이 현상) 분석법’을 활용해 코로나19 바이러스를 신속하고 간편하게 검출하는 방법을 개발했다.

PCR 분석 없이도 개발된 칩과 분석법을 이용하면 시료 전처리부터 결과 도출까지 50분 이내에 결과를 제공받을 수 있었다.

연구팀은 “빠르고 정확한 진단이 필수적인 현재의 보건 위기 상황에서 감염병 대응 능력을 크게 향상할 것으로 기대한다”며 “앞으로 다양한 병원체 진단뿐 아니라, 더 넓은 범위의 의료 분야에 응용될 수 있을 것으로 예상한다”고 말했다.

이번 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 지난달 실렸다.

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